углерод-минеральный состав шунгитовых пород коксуского

У.Ш. Мусина1, В.В. Самонин2
УДК 669.712.2; 661. 862. 32; 628.335
УГЛЕРОД-МИНЕРАЛЬНЫЙ
СОСТАВ ШУНГИТОВЫХ
ПОРОД КОКСУСКОГО
МЕСТОРОЖДЕНИЯ
КАЗАХСТАНА
Казахский национальный технический
университет имени К.И. Сатпаева
050013 Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22
Санкт-Петербургский государственный
технологический институт (технический университет)
190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26
В работе представлены результаты физико-химических исследований
состава и свойств природных шунгитовых проявлений в горных
породах.
Ключевые слова: шунгит, минеральный состав, физико-химические
свойства, углерод
В настоящее время в Казахстане выявлены
месторождения
шунгитовых
пород,
среди
которых
промышленное освоение с 2002 года получило только
Коксуское месторождение, открытое в 1986 году в 250 км от
г. Алматы [1, 2].
Известно,
что
группа
разнообразных
по
химическому
и
минералогическому
составу
углеродсодержащих
докембрийских
пород
получила
название шунгитовые породы [1]. Геологический возраст
пород почти 2 миллиарда лет. По содержанию углеродистого
вещества, которое колеблется от 0,5 до 98 %, шунгитовые
породы условно делят на бедные и богатые. Шунгитовые
породы условно разделяют на [1]: шунгитсодержащие –
бедные шунгитовые породы, которые содержат от 0,5 до 5 %
углеродистого вещества; шунгитистые – бедные породы с
содержанием от 5 до 20 % углеродистого вещества;
шунгитовые – породы с содержанием углеродистого
вещества от 20 до 55 %. По другой классификации [3]
шунгитовые породы с силикатной минеральной основой
подразделяются на малоуглеродистые шунгитсодержащие
(углерода до 5 %), среднеуглеродистые шунгитистые с
содержанием углерода 5-25 % и высокоуглеродистые
шунгитовые (углерода 25-80 %).
Промышленная продукция из коксуских шунгитовых
пород поставляется на рынок под торговой маркой «Таурит»
(в отличие от российской шунгитовой продукции,
поставляемой под торговой маркой «Шунгит»): ТС – таурит
сланцевый; ТК – таурит карбонатный; ТКС – таурит
карбонатно-сланцевый – смешанный; ТСД – таурит
сланцевый дезинтеграционный; ТФС – таурит флотационный
сланцевый; ТКД – таурит карбонатный дезинтеграционный;
ТФК – таурит флотационный карбонатный.
Практика
показала,
что
многовекторное
промышленное применение получили сланцевый (ТС) и
карбонатный (ТК) казахстанские шунгиты (тауриты), которые
могут получить широкое применение в решении
экологических проблем, и в частности, для очистки
природных и сточных вод. Ранее проведенные исследования
[4] показали наличие в образцах широкого спектра
1
элементов. В данной работе представлены результаты более
представительных исследований, в результате чего
получены расширенные интервалы содержания компонентов
и приведено усредненное значение этих характеристик для
коксуских шунгитовых пород – тауритов ТС, ТК и российских
зажогинских шунгитов (таблица).
В состав шунгита входят микропримеси: Ti; K; Na;
Mn; Ba; Zr; Sr; V; B; Zn; Ni; Y; Sc; P; Cr; Co; Mo; Li; Pb; Cu;
Nb; Ga; Sn; Be; W; As; B (содержание по убывающей от
0,5 % до 0,5 ppm перечисленного ряда микропримесей).
Коксуские шунгиты (тауриты) экологически безопасны, и в
частности, по содержанию мышьяка ([As] =1 ppm [4]), могут
применяться для очистки природных и сточных вод.
Таблица. Содержание макрокомпонентов в составе коксуских
шунгитовых пород – тауритов ТС (таурит сланцевый), ТК (таурит
карбонатный) и российских зажогинских шунгитов
Компоненты, %
ТС, %
представительная
проба
диапазон
значений
ТК, %
Российский
предста- шунгит, %
вительная
[1]
проба
диапазон
значений
С
4,0–6,0
6,0
6,0–12,0
9,17
3,0–30,0
SiO2
50,0–
75,0
65,02
29,0–
42,0
40,0
40,0–
47,0
Al2O3
5,0–13,0
13,2
5,0–9,0
7,51
9,0–12,0
CaO
2,0
0,26
32,0
29,29
1,7–7,0
K2O
1,0–2,0
4,04
1,5–3,0
1,5
0,2–1,2
Na2O
-
0,26
-
0,68
-
ТiO2
-
0,2
-
0,39
-
FeO
-
2,5
-
4,52
-
MgO
-
1,5
-
2,32
-
ппп
-
7,02
-
4,62
-
Из
данных
таблицы
видно,
что
по
макрокомпонентам тауриты близки к российским
Мусина Умут Шайхисламовна, канд. техн. наук. доцент Казахского гос. у-та им. Сатпаева, докторант СПбГТИ(ТУ), e-mail: [email protected]
Самонин Вячеслав Викторович, д-р техн. нак, профессор, зав. каф. химии и технологии материалов и изделий сорбционной техники СПбГТИ(ТУ),
e-mail: [email protected]
2
Дата поступления – 18 февраля 2013 года
I. ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ · ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
шунгитам, но по содержанию углерода менее богаты, содержат повышенное содержание кальция.
Известно, что шунгиты занимают промежуточное
место между аморфными и кристаллическими формами
углерода, обнаруживая признаки и тех и других веществ
[1].
Ранее [4], согласно рентгенографическим исследованиям, в составе коксуских шунгитовых пород марки
ТС идентифицированы, %: мусковит K2O·3Al2O3·6SiO2·
2H2O – 42, кварц SiO2 – 16; гетит FeOOH; –1; графит С –
17; энстатит MgSiO3 – 7; прочие – 17; в составе коксуских
шунгитовых пород марки ТК, %: кальцит CaCO3 – 32;
кварц SiO2 –18; мусковит КAl3S13O10(OH)2 –17; углерод С –
22; прочие – 11.
Для изучения минералогического и химического
состава, структуры и текстуры углеродистой составляющей горной породы, был проведен
минералогопетрографический анализ образцов породы.
Образец 1 – коксуская порода марки ТС. Макроскопический анализ показал плотную, местами пористую
породу черного цвета, слабо сажистые свежие сколы (мажут руки). Микроскопический анализ обнаружил слоистосланцеватые текстуры с многочисленными мерцающими
включениями мельчайших чешуек светлой слюды.
В шлифах 45-50 % занимает тонко рассеянный
(1) углеродистый материал, который через 1,3-1,5 мм
собран в шнуровидные плотные агрегаты мощностью менее 0,5 мм. В отраженном свете цвет черный матовый
(рисунок 1).
шуйчатое углеродистое вещество (шунгит) неравномерно
распределяется среди аморфного.
Рисунок 2. Аншлиф пробы а (ТС). Увеличение 160.
Таким
образом,
углеродистое
вещество
представлено
двумя
разновидностями:
1
–
субпараллельные «шнуровидные» темные аморфные
выделения, расположенные по сланцеватости; 2 –
крипточешуйчатые (шунгитовые) рельефные более
светлые выделения с отражением R = 7–8 %. Среди
углеродистого вещества наблюдаются псевдоморфозы
лимонита по пленочному пириту (3).
Образец 2 – коксуская порода марки ТК. Макроскопический анализ показал, что сланец внешне аналогичен
предыдущему, но отсутствуют или единичны слюдистые
включения, вместо которых присутствуют линейно
направленные нитевидные жилочки карбоната в виде
кальцита (рисунок 3).
Рисунок 1. Шлиф образца а (ТС). Увеличение 50.
На фотографии также видны прожилковидные
выделения углеродистого вещества (2). Промежутки между «шнурами» заполнены гранулированным микрозернистым кварцем и мусковитом (3). В отраженном свете в
образцах присутствуют буро-красные окрашенные раздробленные псевдоморфозы лимонита по сульфидам железа (4).
Изучение образцов в отраженном свете под микроскопом (в аншлифах) позволяет хорошо различить цвет
минералов, определить его твёрдость, электропроводность и, по характеру отражения света, определить анизотропность.
В аншлифе образца а (ТС) (рисунок 2) присутствует 2,5 % рудных минералов: пирит – редкие реликты,
гетит + гидрогетит – 2,0 %, лейкоксен – 0,5 %. Углеродистое вещество находится в тонком срастании с кварцем и
мусковитом. Текстура меняется от аморфной, темносерого цвета с отражением ниже, чем у кварца (R = 4,4
%) до крипточешуйчатой (размером до 0,001 мм), коричневато-серого цвета с отражением R = 7–8 %. Крипточе-
Рисунок 3. Шлиф пробы б (ТК). Увеличение 50
На рисунке 3 видны элементы линейной, микролинзовидной текстуры, а также шнуры углеродистого вещества – 1; промежутки между шнурами заполнены мусковит-кварц-карбонатным составом – 2; линзовидные кварцевые образования с включениями окисленного пирита –
3; крипточешуйчатые углеродистые образования – 4;
прожилки кальцита – 5.
На рисунке 4 представлен аншлиф пробы б (ТК).
Карбонат кальция представлен кальцитом двух разновидностей. Первая разновидность представляет тонко- и микрозернистый кальцит, который замещает слюдистый (мусковитный) компонент между «шнурами» и образует нитевидные прожилки. Вторая разновидность представлена
крупнокристаллическим кальцитом, заполняющим крупные трещины, секущие как «шнуры», так и крипточешуй-
I. ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ · ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
чатые углеродистые образования. Аншлифы рудных минералов аналогичны первому типу сланцев. Углеродистое
вещество представлено прожилками мощностью 0,05–0,5
мм крипточешуйчатого углеродистого вещества, секущими
породу почти перпендикулярно к слоистости (рисунок 4).
Заключение
На основании комплекса проведенных исследований установлено, что породы Коксуского месторождения
представляют собой природный композит, представленный тауритом сланцевым (ТС) – сланцем, состоящим из
кварца, мусковита и углеродистого вещества и тауритом
карбонатным (ТК) – сланцем, состоящим из кварца, мусковита, углеродистого веществ и карбоната кальция. В
составе сланцев присутствуют рудные минералы.
Показано, что в образцах ТС и ТК углеродистое
вещество
представлено
двумя
разновидностями:
субпараллельными
«шнуровидными»
темными
аморфными
выделениями,
расположенными
по
сланцеватости и крипточешуйчатыми (шунгитовыми)
рельефными более светлыми выделениями с отражением
R = 7-8 %. В образцах ТК присутствует карбонат кальция
в виде кальцита, а в углеродистом веществе наблюдаются
лимонита
(смеси
гидроксидов
псевдоморфозы
трехвалентного железа) по пленочному пириту. В образце
ТС углеродистое вещество идентифицировано как графит,
что объясняется тем, что шунгиты занимают промежуточное место между аморфными и кристаллическими формами углерода, обнаруживая признаки и тех и других веществ. Методом минералого-петрографического анализа в
составе углеродистого вещества выявлен также крипточешуйчатый углерод (шунгит). На основании этого минеральные кремнистые коксуские породы можно отнести к
среднеуглеродистым шунгитистым, т.к. содержание в них
углерода в среднем находится в пределах 5–25 %. Главное различие всех видов шунгитовых пород заключается в
составе и соотношении минералов-примесей.
Литература
Рисунок 4. Аншлиф пробы б, увеличение 160. Прожилковидное
выделение крипточешуйчатого углеродистого вещества – шунгита
Прожилки углеродистого вещества секут также
прожилки кальцита мощностью до 1,0 мм. Его отражение
(R) примерно составляет 15–16 % и в нем наблюдается
слабая анизотропия. Данное вещество можно отнести к
шунгиту.
1. Рафиенко В.А. Технология переработки шунгитовых
пород. М.: Гео, 2008. 214 с.
2. Мусина У.Ш., Щербинин В.П., Шпаков А.Ю., [и др.].
Коксуский шунгит как природный регулятор баланса геотехнических экосистем // Экология урбанизированных территорий. Материалы II Экологического форума 18-20 мая, 2010 г.,
г. Усть-Каменогорск, 2010. С. 27-31.
3 Колокольцев С.Н. Углеродные материалы. Свойства,
технологии, применения. Долгопрудный: Издательский Дом
«Интеллект», 2012. 296 с.
4 Мусина У.Ш. Изучение физико-химических свойств
коксуских шунгитистых пород // Вестник КазНТУ. 2010. № 6
(82). С. 3-7.